DE19722702B4

DE19722702B4 - Digitale Signalverarbeitungsschaltung

Info

Publication number: DE19722702B4
Application number: DE1997122702
Authority: DE
Inventors: Uli Dipl.-Ing. Behringer
Original assignee: Red Chip Co Ltd
Current assignee: Red Chip Co Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: DE19722702A1

Abstract

Schaltung zur Signalverarbeitung eines digitalen Audiosignals mit
– einem Digital-Analog(D/A)-Wandler (2) zur Wandlung des digitalen Audiosignals in ein analoges Audiosignal,
– einem vom digitalen Audiosignal beaufschlagten Mittel (1) zum Erfassen von Hochfrequenzanteilen im digitalen Audiosignal und zum Ausgeben eines diese Hochfrequenzanteile repräsentierenden Steuersignals, und
– einem dem D/A-Wandler nachgeschalteten Mittel (3) zur Konditionierung des analogen Audiosignals, das als Störprodukt-Unterdrückungsmittel ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Konditionierungsmittel (3) entweder ein Tiefpassfilter mit variabler Eckfrequenz ist, der seine Eckfrequenz bei Vorliegen von Hochfrequenzanteilen im digitalen Audiosignal zu niedrigeren Frequenzen verschiebt, oder während Signalpausen ein Signalabschwächer ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Signalverarbeitung eines digitalen Audiosignals mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Eine typische digitale Schaltung zur Signalverarbeitung eines Audiosignals besteht aus einem Analog/Digital(A/D)-Wandler, einem digitalen Signalprozessor (DSP) und einem Digital/Analog(D/A)-Wandler. Durch diese Schaltung wird das ursprünglich analoge Signal im A/D-Wandler in ein digitales Signal gewandelt, daraufhin im DSP bearbeitet und anschließend durch den D/A-Wandler in ein analoges Signal, beispielsweise zur Wiedergabe durch Lautsprecher rückgewandelt. Eine Variante dieser Schaltung arbeitet ohne den eingangsseitigen A/D-Wandler ausgehend von einem Digitalsignal, das beispielsweise auf einem digitalen Medium, wie etwa einer Kompaktdisk (CD), aufgezeichnet ist.

Ein Problem bei derartigen digitalen Signalverarbeitungsschaltungen besteht im Rausch- und Klirrverhalten der A/D- und D/A-Wandler, die zwar aktuell mit einer Auflösung von bis zu 24 Bit arbeiten, jedoch Rausch- und Klirrdaten aufweisen, die entsprechend hochwertigen analogen Schaltungen unterlegen sind. Vor allem der D/A-Wandler erzeugt ein hohes Eigenrauschen und im höheren Frequenzbereich Klirrprodukte. Um durch diese Klirrprodukte verursachte Verzerrungen des Nutzsignals so gering wie möglich zu halten, ist es üblich, dem D/A-Wandler ein steilflankiges Filter, vor allem ein analoges Filter mit fester Eckfrequenz nachzuschalten. Die Eckfrequenz liegt typischerweise oberhalb von 20 kHz, also außerhalb des Hörbereichs, um dort liegende Störsignale abzuscheiden. Im hörbaren Bereich unterhalb von 20 kHz treten dessenungeachtet Störprodukte auf, die zu einer Verschlechterung des Störabstands des Nutzsignals führen, wobei insbesondere Rauschprodukte im höheren Frequenzbereich bis zu 20 kHz extrem stark ansteigen.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltung der digitalen Signalverarbeitung der eingangs genannten Art bezüglich Störprodukten, insbesondere hinsichtlich des Rauschverhaltens, zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach schafft die Erfindung mit anderen Worten einen Schaltkreis zur Störprodukt-, insbesondere Rausch-Unterdrückung, auf digitaler Basis, gesteuert durch die Hochfrequenzanteile im Audiosignal.

Gemäß der zweiten im Anspruch 1 angegebenen Alternative weist das Störprodukt-Unterdrückungsmittel einen Signalabschwächer auf, der diskontinuierlich, d.h. in den Signalpausen, arbeitet, um zu diesen besonders kritischen Zeitpunkten das Störprodukt auszublenden.

Eine Schaltung zur Signalverarbeitung eines digitalen Audiosignals mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der EP 0 481 626 A2 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung ist das Konditionierungsmittel zur Störunterdrückung als bezüglich des Pegels der Hochfrequenzanteile im Audiosignal steuerbarer Verstärker ausgebildet, der diesen Pegel absenkt, wenn das Audiosignal kleiner als sein Bezugswert ist.

Der Schaltkreis zur Unterdrückung des Störprodukts gemäß der erfindungsgemäßen Schaltung wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von Hochfrequenzanteilen im digitalen Audiosignal abgeleitet wird. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise ein DSP verwendet, der dem D/A-Wandler vorgeschaltet ist und damit "vorausschauend" beurteilen kann, welcher Hochfrequenzanteil dem D/A-Wandler als nächstes zur Bearbeitung zugeführt wird. In diesem Fall wird vom DSP ein digitales Steuersignal abgeleitet. Alternativ zu einem DSP kommt zur Erzeugung des Steuersignals auch ein beispielsweise externer Prozessor in Betracht.

Im Falle der Version des Schaltkreises zur Störprodukt-Unterdrückung auf Grundlage eines Tiefpassfilters ist dieser vorteilhafterweise für eine Verschiebung seiner Eckfrequenz abhängig von einer Schwelle für die Hochfrequenzanteile ausgelegt, wobei er seine Eckfrequenz unterhalb einer Schwelle für die Hochfrequenzanteile im digitalen Audiosignal zu niedrigeren Frequenzen und oberhalb der Schwelle zu höheren Frequenzen verschiebt. In diesem Fall ist der Tiefpassfilter bevorzugt für eine kontinuierliche Verschiebung seiner Eckfrequenz über einen vorbestimmten Frequenzbereich ausgelegt, wobei die Verschiebung der Eckfrequenz so erfolgt, daß bei Anliegen eines geringen Hochfrequenzanteils im Nutzsignal die Eckfrequenz des Tiefpassfilters bei relativ niedriger Frequenz angeordnet wird, während dann, wenn ein Hochfrequenzanteil vorliegt, die Eckfrequenz über 20 kHz hinaus verschoben wird, um die volle Bandbreite des Nutzsignals durchzulassen.

Der Tiefpassfilter kann in unterschiedlicher Weise gestaltet sein. Eine besonders kostengünstige Auslegung des Tiefpassfilters besteht in einem spannungsgesteuerten analogen Filter, wobei im Fall eines digitalen Steuersignals, das beispielsweise vom DSP abgegeben wird, eine D/A-Wandlung des digitalen Steuersignals erfolgt, das an den Tiefpassfilter angelegt wird. Alternativ hierzu kann der Tiefpassfilter auch als digital gesteuerter Filter vorgesehen sein, in welchem Fall sich eine D/A-Wandlung wie beim analogen spannungsgesteuerten Filter erübrigt.

Bei der Variante des Schaltkreises zur Störproduktrunterdrückung mit Signalabschwächung während der Signalpause ist dieser Schaltkreis bevorzugt als spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) ausgelegt. Bevorzugt erzeugt der Signalabschwächer bzw. VCA in Signalpausen einen Signal-Nullpegel zur vollständigen Unterdrückung von Störprodukten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Blockschaltbild eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur digitalen Signalverarbeitung.
Die in der Figur gezeigte Schaltung weist einen digitalen Signalprozessor bzw. DSP 1 auf, der eingangsseitig von einem zu verarbeitenden digitalen Audiosignal beaufschlagt ist, das gegebenenfalls aus einem analogen Audiosignal durch A/D-Wandlung erhalten wird. Dem DSP 1 ist ein Digital/Analog-Wandler bzw. D/A-Wandler 2 nachgeschaltet, der das durch den DSP 1 verarbeitete digitale Audiosignal in ein analoges Audiosignal wandelt. Dem D/A-Wandler ist ein Tiefpassfilter 3 mit variabler Eckfrequenz nachgeschaltet, der in der dargestellten Ausführungsform ein spannungsgesteuertes analoges Filter ist. Am Ausgang des Tiefpassfilters 3 liegt ein analoges Signal an, das je nach Lage der Eckfrequenz des Tiefpassfilters 3 im Vergleich zum eingegebenen digitalen Audiosignal einen mehr oder weniger geringeren Hochfrequenzanteil aufweist. Die Lage der Eckfrequenz des Tiefpassfilters 3 wird über das DSP 1 unter Zwischenschaltung eines D/A-Wandlers 4 gesteuert, der bevorzugt als 8-Bit-Wandler gebildet ist.
Im DSP 1 liegt eine exakte Information über die Hochfrequenzanteile des digitalen Audiosignals vor. Ein diesen Signalanteil repräsentierendes Steuersignal wird in den D/A-Wandler 4 eingegeben und als analoges Steuersignal an den Tiefpassfilter 3 angelegt, das je nach Hochfrequenzanteilen im digitalen Eingangssignal eine mehr oder weniger starke Verschiebung der Eckfrequenz des Tiefpassfilters 3 zu niedrigen Frequenzen hin vornimmt. Beispielsweise kann eine Schwelle vorgesehen sein, unterhalb welcher Hochfrequenzanteile im digitalen Audiosignal zu niedrigeren Frequenzen verschoben werden, und oberhalb welcher die Schwelle zu höheren Frequenzen verschoben wird.

Claims

Schaltung zur Signalverarbeitung eines digitalen Audiosignals mit – einem Digital-Analog(D/A)-Wandler (2) zur Wandlung des digitalen Audiosignals in ein analoges Audiosignal, – einem vom digitalen Audiosignal beaufschlagten Mittel (1) zum Erfassen von Hochfrequenzanteilen im digitalen Audiosignal und zum Ausgeben eines diese Hochfrequenzanteile repräsentierenden Steuersignals, und – einem dem D/A-Wandler nachgeschalteten Mittel (3) zur Konditionierung des analogen Audiosignals, das als Störprodukt-Unterdrückungsmittel ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (3) entweder ein Tiefpassfilter mit variabler Eckfrequenz ist, der seine Eckfrequenz bei Vorliegen von Hochfrequenzanteilen im digitalen Audiosignal zu niedrigeren Frequenzen verschiebt, oder während Signalpausen ein Signalabschwächer ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein digitales Signal ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter (3) für eine Verschiebung seiner Eckfrequenz abhängig von einer Schwelle für die Hochfrequenzanteile ausgelegt ist, wobei er seine Eckfrequenz unterhalb einer Schwelle für die Hochfrequenzanteile im digitalen Audio signal zu niedrigeren Frequenzen und oberhalb der Schwelle zu höheren Frequenzen verschiebt.
Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter (3) für eine kontinuierliche Verschiebung seiner Eckfrequenz über einen vorbestimmten Frequenzbereich ausgelegt ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter (3) ein spannungsgesteuerter analoger Filter ist, und dass im Fall eines digitalen Steuersignals ein D/A-Wandler (4) zur Erzeugung eines analogen Steuersignals aus dem digitalen Steuersignal vorgesehen ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter (3) ein digital gesteuerter Filter ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalabschwächer ein spannungsgesteuerter Verstärker (VCA) ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 oder 7, dass der Signalabschwächer einen Signal-Nullpegel erzeugt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Erfassen der Hochfrequenzanteile im digitalen Audiosignal und zum Ausgeben eines Steuersignals ein digitaler Prozessor (1) ist.
Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor ein Digital-Signal-Prozessor bzw. DSP (1) ist.
Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der DSP (1) dem D/A-Wandler (2) zum Wandeln des digitalen Audiosignals in ein analoges Audiosignal vorgeschaltet ist.